洮河九甸峽水利樞紐施工組織設計

王海霞

(北京市水利規劃設計研究院，北京 100048)

1 概述

九甸峽水利樞紐工程主要由混凝土面板堆石壩、左岸1#和2#溢洪洞、右岸泄洪洞、引洮供水工程總干渠進水口、引水發電洞及發電廠房等建筑物組成[1]。混凝土面板堆石壩最大壩高136.5m，壩軸線長232.0m，壩體填筑量約300萬m3；左岸1#、2#溢洪洞平行布置，洞身泄槽段長747m；右岸有壓泄洪洞為圓形斷面，洞身段長316.9m；引水發電洞布置于右岸，進口位于泄洪洞進口上游側，洞身段全長2248.1m，調壓井為阻抗式調壓井，高84m[2]；電站廠址位于壩址下游約2.5km處的洮河右岸橋道堡溝口南側，為地面式廠房，安裝3臺100MW機組，總裝機容量300MW，主副廠房呈一字形布置，總長122.5m，寬24m[3]。

2 施工導流

2.1 導流標準及方式

該工程屬Ⅱ等大(2)型工程，其永久性主要建筑物級別為2級。根據SL303—2004《水利水電工程施工組織設計規范》，相應導流建筑物為4級臨時建筑物[4]。考慮深基坑地基處理工程量較大，超標洪水破堰將造成較大損失并影響工程總體進度，導流標準采用4級臨時建筑物上限20年一遇全年洪水1720m3/s；施工期壩體臨時攔洪度汛標準采用100年一遇全年洪水2560m3/s。

洮河屬山區性河流，洪水年際變化較大。壩址區河道平直，河床狹窄，枯水季水面寬30～60m。根據壩址處的地形條件、水文特征和樞紐總體布置，以及面板堆石壩的施工特點，施工導流采用圍堰一次攔斷河床，隧洞過流的方式。

2.2 導流建筑物布置

(1)導流洞工程

導流洞布置在河床左岸，進口處基巖裸露高程在2106～2108m之間，坡積物較少，巖壁近乎直立(71°～73°)。根據其地形、地質條件及施工條件，進水口設置成喇叭形，頂拱及右側邊墻均按四分之一橢圓曲線設計，喇叭形進口后22.5m處設閘門井，閘門井處孔口尺寸11m×13m，一孔布置。導流洞喇叭形進口前開挖明渠段長46m，底板高程2093.0m。

導流洞樁號0+030.5～0+680.7m為洞身段，全長650.2m，斷面為城門洞型，尺寸為11m×13m(拱頂圓心角150°)。進口底板高程2095.0m，出口底板高程2088.0m，設計縱坡10.8‰，采用鋼筋混凝土襯砌。封堵堵頭、壩軸線及防滲軸線位置設于樁號0+201.0～0+241.0m處，長40m。出口消能段布置在樁號0+673.0～0+693.0之間，全長20m，采用擴散式挑流消能。

導流洞于2002年12月開工建設，2004年3月貫通并通水。

(2)圍堰設計

大壩上游土石圍堰設計攔擋全年5%頻率洪峰流量1720m3/s。經調洪計算，相應的上游水位為2120.5m，加波浪爬高及安全超高后取上游土石圍堰頂高程為2122.0m；覆蓋層以上堰體最大高度33.0m，堰頂長度95.0m，堰頂寬度8.0m，迎水面、背水面邊坡均為1∶1.75。下游土石圍堰擋水水位為2097.0m，考慮交通要求，取下游土石圍堰頂高程為2100.0m。覆蓋層以上堰體最大高度14m；堰頂長度50.0m；堰頂寬度10.0m，迎水面邊坡為1∶1.75，背水面邊坡為1∶1.5。

受覆蓋層深槽影響，圍堰防滲問題突出，經綜合技術經濟比選，防滲體結構型式為：上游土石圍堰高程2102.0m以下、下游圍堰高程2092.0m以下堰體和堰基均采用80cm厚混凝土防滲墻，以上接復合土工膜防滲心墻[5]。實際實施中由于塌孔影響施工，下游圍堰防滲墻調整為懸掛墻，下部采用沙礫石灌漿處理[6]。

3 料場的選擇和開采

3.1 料場選擇與規劃

九甸峽面板堆石壩壩體總填筑量近300萬m3，其中主堆石料209.84萬m3，下游次堆石料47.51萬m3，過渡料20.45萬m3，墊層料及小區墊層料14.77萬m3，下游超徑塊石護坡2.69萬m3。混凝土粗細骨料62.7萬m3。壩體上游面設擠壓邊墻[7]。

根據壩料填筑設計指標，經料場規劃比選，墊層區(2A)和特殊墊層區(2B)填筑料合計14.77萬m3，利用隧洞洞挖石渣經二次加工摻配而成；過渡料20.45萬m3，全部利用隧洞洞挖石渣填筑；主堆石料采用料場開采的新鮮灰巖料填筑；下游次堆石填筑47.51萬m3，利用料場開采的弱風化灰巖及其他建筑物開挖的棄料填筑。混凝土粗細骨料采用人工骨料，制備骨料的毛料全部來源于塊石料場開采料。

在工程區范圍內有三個可選石料產地，1#堆石料產地位于壩線上游約1km處右岸引洮平臺2350.0m高程以上，2#堆石料產地位于壩址左岸瓦力溝口下游，3#堆石料產地位于壩線下游約200m的蕁麻溝右側。三料場巖石基本裸露，巖性均為上石炭～下二迭巨厚層灰巖，致密堅硬、耐風化，天然密度2.69g/cm3，比重2.72，飽和吸水率0.21，單軸飽和抗壓強度78MPa，軟化系數0.77。經多次現場查勘，從壩料質量、開采運輸條件、壩料平衡、施工布置、環境影響、經濟合理性等多方面綜合比較，選擇1#料場為備用堆石料場，2#料場為主堆石主料場，3#料場為混凝土人工骨料場。

3.2 料場開采

根據2#堆石料場地形情況，將2#堆石料場分為上下兩個料區。上料區開挖向上、下游分為三個開采區；下料區位于2#堆石料場下游側扒泥溝右側山體，自下游向上游亦分三個開采區。兩區壩料開挖根據實際進度安排，合計開挖量為300萬m3。

堆石料開采采用深孔梯段微差擠壓式爆破，梯段高度15m，100型潛孔鉆機造孔爆破，壩料運輸采用3m3裝載機裝20t自卸汽車拉運上壩[8]。

4 場內道路布置

4.1 場內道路施工布置概述

九甸峽樞紐工程大壩最大壩高136.5m，高程范圍2070.0～2206.5m。壩址區地形復雜，兩岸岸坡陡峻，施工場地狹窄，場內交通道路布置極為困難。在工程前期結合導流洞的施工已修建了至導流洞進出口的施工道路和跨河橋。隨項目設計進展，根據永久建筑物布置及施工需要，結合永久道路的設置，主要布置有溝通壩址區和廠房區的低線道路、導流洞施工及溝通左右岸交通布置的橋梁和道路、大壩及廠房基礎開挖出渣道路、導截流專用道路、溝通壩體上下游結合引水發電洞布置的交通洞、至調壓井的施工支洞及施工道路、去料場和加工廠道路等二十余條場內道路，主要有右岸Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#、Ⅵ#、Ⅶ#公路；3#交通洞；下游交通大橋；左岸Ⅴ#、1#交通洞、2#交通洞等。道路布置多層布設、橋隧結合、有效環路、兼顧永久，具有峽谷區小空間精細布置的特征。

4.2 上壩施工道路布置

上壩施工道路根據擬采塊石料場所在位置主要布于壩址下游左右兩岸，以2#主塊石料場經下游交通大橋及3#交通洞到壩址的道路為主干線，在3#交通洞出口分出三條上壩支線道路，至壩址路面高程分別達到2110，2135和2166m，在2135m和2166m后接壩坡“之”字形道路上壩。另在2#塊石料場上游側經導流洞出口明渠橋至下游圍堰設道路與下基坑和出渣道路相接，在低高程形成上壩環形道路。下基坑道路沿導流洞施工道路高程至下游圍堰處，再從下游圍堰沿河床下至基坑開挖高程，同時該條下基坑道路也為壩體2090m以下高程填筑道路。Ⅳ#、Ⅵ#、3#交通洞，下游交通大橋，左岸Ⅴ#、2#交通洞布置主要用于大壩岸坡開挖及壩體填筑上壩道路[9]。

臨時道路路面寬度根據用途和地形分別設計為3.5、6.0、7.5、9.0m不等，1#、2#交通洞及左岸溢洪洞施工支洞路面寬4.5m；3#交通洞及調壓井施工支洞路面寬7.0m；路面結構均采用級配碎石。

5 結語

九甸峽水利樞紐在2004年9月截流后開始大壩基礎、岸坡處理及填筑施工，2007年7月初完成了壩體堆石填筑，同年9月底完成了2170.0m高程以下一期混凝土面板的澆筑、填縫、縫面處理及壩前蓋重等各項工作，2007年10月初下閘蓄水[10]。

樞紐處河谷狹窄，岸坡陡峻，深槽發育，圍堰防滲、料場規劃、場內道路布置都極其困難。歷經多次專家咨詢，該工程施工組織設計得以不斷優化和細化，尤其是道路多層布設、橋隧結合、有效環路、兼顧永久的布置方式，為工程的順利實施和提前蓄水發電創造了條件，也為峽谷地形條件下類似土石壩工程的施工組織設計提供了很好的借鑒。